一种导电微纳米材料改性预浸料连续化制备装置

摘要

本发明公开了一种导电微纳米材料改性预浸料连续化制备装置，包括纤维丝束展开装置、纤维浸渍胶槽、预浸料厚度调节辊组、高压直流电源及预浸料收卷装置。其中纤维浸胶槽中设置超声探头，主要实现导电微纳米材料在树脂胶液中均匀分散；高压直流电源主要用于构建高强均匀电场，利用电场取向方法实现导电微纳米材料定向操控。本发明在提高导电微纳米材料/纤维增强热固性树脂基预浸料产量的同时，解决了导电微纳米材料在树脂中团聚、无规分散问题，对复合材料性能提升具有积极作用。

说明书

技术领域

本发明属于微纳米改性复合材料制备领域，特别涉及一种导电微纳米材料改性预浸料连续化制备装置。

背景技术

纤维增强树脂基单向复合材料在纤维方向具有优异的力学性能，但是单向复合材料在垂直于纤维方向由于受树脂基体和纤维-树脂界面性能制约，存在强度低、抗冲击损伤能力弱等问题，极大地降低了复合材料设计灵活性，制约了其在多功能工程部件中的应用。纤维增强树脂基预浸料作为单向层合板的基本组成单元，对其进行改性制备是优化提升复合材料综合性能的关键。

中国专利CN205631113U和专利CN106738447A都公开了连续纤维增强树脂基预浸料制备装置，但这两种装置都只用于改善纤维与树脂胶液之间的浸润效果。为了进一步提升纤维增强树脂基复合材料性能，复合体系由两相向三相甚至多相复合体系转变已成为该领域重要研究方向之一。其中，碳纳米管、石墨烯、石墨微片等导电微纳米材料由于具有优异的物理化学性能，与聚合物复合后可以极大地改善材料力学性能、导电导热性能及稳定性能，是当前先进树脂基复合材料最具潜力的增强相材料之一，已成为国内外研究的热点。然而，目前尚未出现涉及导电微纳米材料改性预浸料连续化制备装置的现有技术。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种导电微纳米材料改性预浸料连续化制备装置。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种导电微纳米材料改性预浸料连续化制备装置，沿纤维的前进方向依次包括纤维丝束展开装置、第一输送压辊组、纤维浸渍胶槽、预浸料厚度调节辊组、加热装置、第二输送压辊组、冷却装置、牵引辊和预浸料收卷装置，在第二输送压辊组下方还设置有离型纸牵引辊，离型纸牵引辊右下方设置有离型纸卷辊；纤维浸渍胶槽中设置有导电微纳米材料/树脂胶液和浸渍胶槽辊组，浸渍胶槽辊组至少部分浸没于导电微纳米材料/树脂胶液内，其特征在于：还包括电场装置，位于加热装置的正上方，由高压直流电源、正电极板、负电极板和电源开关构成，正电极板和负电极板之间的间距为2-10cm；所述浸渍胶槽辊组由1-5个耐腐蚀导辊组成。

本发明涉及的导电微纳米材料改性预浸料连续化制备装置，其特征在于：所述纤维浸渍胶槽中设置有4个超声探头。

本发明涉及的导电微纳米材料改性预浸料连续化制备装置，其特征在于：所述浸渍胶槽棍组由2个水平放置的耐腐蚀导辊组成。

本发明涉及的导电微纳米材料改性预浸料连续化制备装置，其特征在于：所述浸渍胶槽棍组由3个品字形放置的耐腐蚀导辊组成。

本发明涉及的导电微纳米材料改性预浸料连续化制备装置，其特征在于：所述浸渍胶槽棍组由5个M形放置的耐腐蚀导辊组成。

本发明涉及的导电微纳米材料改性预浸料连续化制备装置，其特征在于：所述浸渍胶槽辊组的导辊材质为玻璃或陶瓷。

本发明涉及的导电微纳米材料改性预浸料连续化制备装置，其特征在于：所述预浸料厚度调节辊组由1-5组间距0.1-1.5mm可调的压辊构成。

本发明涉及的导电微纳米材料改性预浸料连续化制备装置，其特征在于：所述正电极板和负电极板由导电性良好的金属材料制成。

本发明涉及的导电微纳米材料改性预浸料连续化制备装置，其特征在于：所述正电极板和负电极板的材质是金属铝或铜。

本发明的导电微纳米材料改性预浸料连续化制备装置，在其纤维浸渍胶槽中设置有超声探头，可通过调节超声波功率和频率实现导电微纳米材料在树脂胶液中均匀分散，解决了导电微纳米材料在预浸料中的团聚问题，对改善复合材料综合性能提升有积极作用；本发明中设置有高压直流电源，并在预浸料受热预固化成型过程中，为导电微纳米材料构建了高强均匀电场，利用电场取向方法实现导电微纳米材料在预浸料中定向分布，解决了导电微纳米材料在预浸料中无规分散问题，对有效提高导电微纳米材料增强效率具有积极作用。

附图说明

图1为本发明定向导电微纳米材料/纤维增强树脂基预浸料连续化制备装置的结构示意图；

图2为图1中匀强电场部分的局部放大图。

图中，1-纤维束卷辊，2-纤维丝束，3-纤维输送导辊，4-纤维丝束展开装置，5-第一输送压辊组，6-浸渍胶槽导辊组，7-纤维浸渍胶槽，8-超声探头，9-预浸料厚度调节辊组，10-高压直流电源，11-正电极板，12-负电极板，13-离型纸牵引辊，14-离型纸卷辊，15-第二输送压辊组，16-牵引辊组，17-预浸料收卷装置，18-导电微纳米材料/树脂胶液，19-加热装置，20-冷却装置。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对，对本发明的技术方案进行进一步的说明，但不作为对技术方案的限制。

实施例1

如图1所示，本发明的定向导电微纳米材料/纤维增强树脂基预浸料连续化制备装置，为横向布置的结构，包括纤维束卷辊1、纤维输送导辊3、纤维丝束展开装置4、第一输送压辊组5、纤维浸胶装置、预浸料厚度调节辊组9、电场装置、加热装置19、离型纸牵引辊13、离型纸卷辊14、第二输送压辊组15、冷却装置20、牵引辊组16和收卷装置17。

其中，纤维浸胶装置，包括纤维浸渍胶槽7、浸渍胶槽辊组6、超声探头8、导电微纳米材料/树脂胶液18；导电微纳米材料/树脂胶液18为管径5-30nm、长度20-150μm的碳纳米管和环氧树脂混合溶液。纤维浸渍胶槽7，为上方开口的方形槽，尺寸500mm×300mm×100mm。浸渍胶槽辊组6、超声探头8和导电微纳米材料/树脂胶液18，放置于纤维浸渍胶槽7内，其中，浸渍胶槽辊组6由2个轴心间距100mm、等高度水平放置的导辊组成，导辊材质为陶瓷；超声探头8设置有4个，分别位于纤维浸渍胶槽7底部的四个边角处，距离相邻两内侧壁各100mm；浸渍胶槽辊组6完全浸没于导电微纳米材料/树脂胶液18内。

电场装置，由高压直流电源10、正电极板11、负电极板12和电源开关构成，正电极板11和负电极板12的长度为20cm，宽度和预浸料宽度相同，间距2cm，材质为铝。

预浸料厚度调节辊组9、第二输送压辊组15和牵引辊组16都为1组，由上下放置的间距0.1-1.5mm可调的2个压辊构成。

加热装置19为红外灯管，位于负电极板12的正下方，加热区域尺寸与电极板的尺寸相等，加热区域的温度在室温-200℃范围内可控。

冷却装置20为吊扇，位于第二输送压辊组15和牵引辊组16之间的纤维丝束2上方，距离纤维丝束2上表面300mm处。

由高压直流电源10、正电极板11和负电极板12构建匀强电场，如图2所示，浸渍有导电微纳米材料/树脂胶液18的纤维丝束2位于正电极板11和负电极板12之间的匀强电场中，利用电场力实现导电微纳米材料的取向操控。

制备定向碳纳米管/玻璃纤维增强环氧树脂基预浸料时，首先，设置超声探头8的超声频率为40KHz功率为200W、加热装置9的温度为80℃以及冷却装置20的转速为80rpm；然后启动加热装置9和冷却装置20，待加热装置9的温度达到预定值后，将碳纳米管/环氧树脂胶液18倒入纤维浸渍胶槽7中，再依次启动超声探头8和电源开关，对电极板施加600V的电压；将纤维丝束2由纤维束卷辊1以2mm/s的速度引出，经过纤维输送导辊3进入纤维丝束展开装置4，纤维丝束被展开碾薄后，经过第一输送压辊组5进入纤维浸渍胶槽7，依次穿过浸渍胶槽辊组6，纤维丝束充分浸渍碳纳米管/环氧树脂胶液后，进入预浸料厚度调节辊组9。经调整达到厚0.15mm的预浸料进入正电极板11和负电极板12之间后，其碳纳米管在电场力的作用下完成取向，树脂胶液完成预固化成型，之后进入第二输送压辊组15。离型纸由离型纸卷辊14引出，经过离型纸牵引辊13进入第二输送压辊组15与预浸料贴合，经过冷却装置20降温处理后，进入牵引辊组16，并由预浸料收卷装置17完成收卷。

实施例2

与实施例1的不同之处在于：

浸渍胶槽辊组6由个3呈品字形放置的玻璃导辊组成，相邻导辊之间的距离为90mm。

预浸料厚度调节辊组9为3组。

电场装置，正电极板11和负电极板12的长度为150cm，宽度和预浸料宽度相同，间距10cm，材质为铜。

实施例3

与实施例1的不同之处在于：

浸渍胶槽辊组6由5个呈M形放置的玻璃导辊组成，相邻导辊之间的距离为80mm。

预浸料厚度调节辊组9为5组。